[发明专利]半导体模块、其制造方法以及电力变换装置

说明书

本发明得到高可靠性且长寿命的半导体模块、其制造方法以及电力变换装置。导体板(14、16)经由接合材料(13、15)接合至半导体元件(2、3)的上表面电极(5、7)。作为导线或者带状连接件的配线(17、18)与导体板(14、16)键合。接合材料(13、15)是向金属的烧结材料的间隙加入了树脂而成的。

技术领域

本发明涉及导线或者带状连接件与半导体元件进行了键合的半导体模块、其制造方法以及电力变换装置。

背景技术

近年来，由于环境法规变严，考虑了环境问题的高品质、高效率、节能的电子设备的需求提高。特别地，作为工业设备、具备电机的家电的驱动控制设备、面向电动汽车或者混合动力汽车的车载控制设备、铁路车辆控制设备、太阳能发电的控制设备等，谋求可应对高功率的电子设备。并且，谋求电子设备的高负载环境下，例如高温环境下工作时的高效化以及低损耗化。高温环境下是指，150℃至175℃或其以上，例如是200℃的温度环境下。正在推进在这样的高温环境下工作的半导体元件的开发。另外，作为封装件的特性，也在推进高密度电流化。

特别地对于作为车载、铁路控制设备而使用的电子设备，谋求在高温环境下的节能性能。至今为止，通常工作温度是例如小于或等于150℃，但今后，对于在大于或等于200℃的高温环境下的使用的需求提高。在大于或等于200℃的高温环境下，使用损耗更低且能够实现高效控制的SiC或者GaN的宽带隙半导体元件以代替Si元件。

因此，在高温环境下的工作中，为了抑制通断损耗、谋求低损耗化以及高效化，需要重新考虑电子设备的材料以及构造。特别地，应用于电子设备的半导体元件的上表面侧的导线配线连接部最容易劣化，影响半导体模块的寿命。因此，实现配线连接部的高品质、高可靠性和长寿命化成为重大课题。

近年来，为了实现电流密度和可靠性的提高，正在研究Cu导线的应用而不是应用Al导线。但是，由于Cu与Al相比更硬，因此有时会在导线键合时给半导体元件带来损伤。另外，对于安装有SiC或者GaN等半导体元件的可应对高温的半导体模块，必须应用能够实现高电流密度化的Cu导线。

为了减轻损伤而将上表面电极增厚这一做法在工艺上是困难的，会导致大幅度成本上升。因此，研究了将导体板接合至半导体元件的上表面电极，向导体板进行导线键合，而不是直接向半导体元件的上表面电极进行导线键合。但是，为了确保足够的接合性，需要给予比楔焊更大的载荷以及超声波振动，因此，在导线键合过程中经由导体板以及接合材料给半导体元件带来损伤。另外，作为对上表面电极和导体板进行接合的接合材料，主要使用焊料。但是，由于无Pb化，焊料材料的弹性模量增大至40～50GPa。与此相对，提出了使用烧结性的接合材料作为接合材料(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2017－005037号公报

但是，就以往的烧结性的接合材料而言，无法充分降低导线键合时的对半导体元件的损伤。特别是，由于期望具有大电流密度的Cu导线是硬质材料，因此，在使用Cu导线的情况下，上述课题显著。其结果，存在在高温且高电流密度下使用的半导体模块的可靠性和寿命降低的问题。

发明内容

本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于得到高可靠性且长寿命的半导体模块、其制造方法以及电力变换装置。

本发明涉及的半导体模块的特征在于，具备：半导体元件，其具有上表面电极；导体板，其经由接合材料与所述上表面电极接合；以及配线，其与所述导体板进行键合，是导线或者带状连接件，所述接合材料是向金属的烧结材料的间隙加入了树脂而成的。

发明的效果

在本发明中，作为将半导体元件的上表面电极和导体板进行接合的接合材料，使用向金属的烧结材料的间隙加入了树脂的接合材料。由此，与未加入树脂的接合材料相比，接合材料低弹性化，因此能够抑制导线键合时的对半导体元件的损伤。其结果，能够得到在高温下可应对高电流密度的高可靠性且长寿命的半导体模块。